JP2014096577A - 半導体装置の作製方法及び半導体装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】酸化物半導体及び有機樹脂膜を含み、安定した電気的特性を有する半導体装置を提供する。
【解決手段】酸化物半導体を含むトランジスタ上に有機樹脂膜を形成した第１の基板に対して、減圧雰囲気下で加熱処理を行い、加熱処理後の第１の基板を大気開放することなく、極力水分の少ない雰囲気（例えば、露点−６０℃以下、好ましくは露点−７５℃以下の不活性ガス（例えば窒素）雰囲気、又は、露点−６０℃以下、好ましくは露点−７５℃以下の乾燥空気（ドライエア）雰囲気）下にてハンドリングを行い対向基板となる第２の基板との貼り合わせを行うことで、半導体装置を作製する。
【選択図】図１

Description

本明細書等で開示する発明は、半導体装置の作製方法及び当該半導体装置を製造する製造装置に関する。

なお、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、画像表示装置、半導体回路及び電子機器は、全て半導体装置である。

絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。該トランジスタは集積回路（ＩＣ）や画像表示装置（単に表示装置とも表記する）のような電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。

例えば、酸化物半導体として、酸化亜鉛、又は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物半導体を用いたトランジスタを作製する技術が開示されている（特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２００７−１２３８６１号公報 特開２００７−９６０５５号公報

酸化物半導体を有する半導体デバイスにおいて、酸化物半導体が水分などの水素を含む不純物を有すると、その電気伝導度が変化する恐れがある。このような現象は、酸化物半導体を用いたトランジスタにとって電気的特性の変動要因となる。

一方、半導体デバイスにおいて、トランジスタによってできる段差の平坦化を行う平坦化膜として有機樹脂膜が用いられる。有機樹脂膜は、良好な平坦面を形成しやすいという利点を有するものの、水分を吸着しやすい。よって、酸化物半導体を用いたトランジスタを覆う平坦化膜として、有機樹脂膜を適用する場合、有機樹脂膜に吸収された水分によってトランジスタの電気的特性が変動する恐れがある。

このような問題に鑑み、本発明の一態様では、酸化物半導体及び有機樹脂膜を含み、安定した電気的特性を有する半導体装置及びその作製方法を提供することを課題の一とする。

また、本発明の一態様では、安定した電気的特性を有し、信頼性の高い半導体装置を製造可能な製造装置を提供することを課題の一とする。

本発明の一態様では、酸化物半導体を含むトランジスタ上に有機樹脂膜を形成した第１の基板に対して、減圧雰囲気下で加熱処理を行い、加熱処理後の第１の基板を大気開放することなく、極力水分の少ない雰囲気（例えば、露点−６０℃以下、好ましくは露点−７５℃以下の不活性ガス（例えば窒素）雰囲気、又は、露点−６０℃以下、好ましくは露点−７５℃以下の乾燥空気（ドライエア）雰囲気）下にてハンドリングを行い、対向基板となる第２の基板と貼り合わせを行うことで半導体装置を作製する。

より具体的には、例えば以下の作製方法によって半導体装置を作製する。

本発明の一態様は、酸化物半導体層を含むトランジスタと、トランジスタ上に設けられた有機樹脂膜とを有する第１の基板に対して、減圧雰囲気下で加熱処理を行い、第１の基板、又は、第１の基板と対向させる第２の基板のいずれか一方にシール材を塗布し、第１の基板のトランジスタ及び有機樹脂膜が設けられた面と第２の基板とを対向させて貼り合わせ、シール材を硬化させる工程を有し、加熱処理からシール材の硬化までの工程は、大気開放せずに露点−６０℃以下の雰囲気にて連続的に行う半導体装置の作製方法である。

また、本発明の一態様は、酸化物半導体層を含むトランジスタと、トランジスタ上に設けられた有機樹脂膜とを有する第１の基板に対して、減圧雰囲気下で加熱処理を行い、第１の基板、又は、第１の基板と対向させる第２の基板のいずれか一方に枠状にシール材を塗布し、枠内に液晶を滴下し、第１の基板のトランジスタ及び有機樹脂膜が設けられた面と第２の基板とを対向させて貼り合わせ、シール材を硬化させる工程を有し、加熱処理からシール材の硬化までの工程は、大気開放せずに露点−６０℃以下の雰囲気にて連続的に行う半導体装置の作製方法である。

また、本発明の一態様は、酸化物半導体層を含むトランジスタと、トランジスタ上に設けられた有機樹脂膜と、発光性の有機化合物を含む発光素子と、を有する第１の基板に対して、減圧雰囲気下で加熱処理を行い、第１の基板、又は、第１の基板と対向させる第２の基板のいずれか一方にシール材を塗布し、第１の基板のトランジスタ及び有機樹脂膜が設けられた面と第２の基板とを対向させて貼り合わせ、シール材を硬化させる工程を有し、加熱処理からシール材の硬化までの工程は、大気開放せずに露点−６０℃以下の雰囲気にて連続的に行う半導体装置の作製方法である。

上記の半導体装置の作製方法において、第１の基板と第２の基板を貼り合わせる前に、第２の基板に対して減圧雰囲気下で加熱処理を行うことが好ましい。

また、上記の半導体装置の作製方法において、加熱処理からシール材の硬化までの工程は、不活性ガス雰囲気下にて行うことが好ましい。

また、上記の半導体装置の作製方法において、第１の基板と第２の基板の貼り合わせは、減圧雰囲気下にて行うことが好ましい。具体的には、貼り合わせの雰囲気を２０ｋＰａ〜０．１Ｐａ程度とすることが好ましく、１００Ｐａ〜１Ｐａとすることがより好ましい。

また、上述の作製工程を実現可能な半導体装置の製造装置も本発明の一態様に含まれる。すなわち、本発明の別の一態様は、減圧雰囲気下で基板を加熱する加熱処理室と、シール材を塗布する第１のディスペンサ、及び液晶を滴下する第２のディスペンサを有する塗布室と、塗布室にて塗布されたシール材を挟んで、少なくとも一方が加熱処理室で加熱された一対の基板を貼り合わせる、貼り合わせ室と、シール材を硬化させる硬化室と、加熱処理室、塗布室、貼り合わせ室、及び硬化室との間で大気開放せずに基板を搬送する搬送室と、を有し、加熱処理室、塗布室、貼り合わせ室、硬化室及び搬送室は、露点−６０℃以下の雰囲気に制御されることを特徴とする半導体装置の製造装置である。

本発明の一態様により、酸化物半導体及び有機樹脂膜を含み、安定した電気的特性を有する半導体装置及びその作製方法を提供することができる。

また、本発明の一態様により、安定した電気的特性を有し、信頼性の高い半導体装置を製造可能な製造装置を提供することができる。

半導体装置の製造装置の一態様を説明する図。 製造装置の処理室の一態様を説明する図。 半導体装置の製造装置の一態様を説明する図。 表示装置の構成の概念図。 有機樹脂膜を含む回路基板から分離された質量電荷比（ｍ／ｚ）が１８である気体分子の強度を示すグラフ。 有機樹脂膜を含まない回路基板から分離された、質量電荷比（ｍ／ｚ）が１８である気体分子の強度を示すグラフ。 半導体装置の作製工程を説明する斜視図。 実施の形態に係る、表示装置の構成例を説明する図。 実施の形態に係る、タッチセンサを備える表示装置の構成例を説明する図。 本発明の一態様の電子機器を説明する図。 走査線駆動回路（加熱処理あり）の動作時間に対する動作マージン幅の変化を示すグラフ。 走査線駆動回路（加熱処理なし）の動作時間に対する動作マージン幅の変化を示すグラフ。 実施例１に用いた製造装置の一態様を説明する図。

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、その形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

なお、以下に説明する本発明の構成において、同一部分又は同様の機能を有する部分には、同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。

なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、膜の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。

なお、本明細書等において、第１、第２等として付される序数詞は、便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を示すものではない。また、本明細書等において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。

本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。

また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る製造装置及び当該製造装置を用いた半導体装置の作製方法について、図１乃至図３を用いて説明する。

＜１−１．製造装置の構成１＞
図１に、製造装置４００の平面図の一例を示す。図１に示す製造装置４００は、トランジスタが設けられた素子基板（以下、第１の基板とも表記する）と、対向基板（以下、第２の基板とも表記する）と、の貼り合わせ（セル工程）を行うための製造装置である。

図１に示す製造装置４００は、第１の加熱処理室５０Ａ及び第２の加熱処理室５０Ｂと、シール材を塗布するディスペンサを有する塗布室５４と、塗布室５４にて塗布されたシール材を挟んで、一対の基板を貼り合わせる、貼り合わせ室５６と、シール材の硬化を行うための硬化室５８と、各処理室間での基板の搬送を行う搬送室５２と、を有する。また、貼り合わせ後の基板を取り出すための取り出し室６０を構成要素に含んでもよい。

図１に示す製造装置４００において、第１の加熱処理室５０Ａ、第２の加熱処理室５０Ｂ、塗布室５４、貼り合わせ室５６、硬化室５８、取り出し室６０及び搬送室５２は、水分を極力含まない雰囲気に制御されている。例えば、製造装置４００の内部は、例えば、露点−６０℃以下、好ましくは露点−７５℃以下の不活性ガス雰囲気（乾燥窒素ガス雰囲気、又は、乾燥アルゴンガス雰囲気）又は、露点−６０℃以下、好ましくは露点−７５℃以下の乾燥空気（ドライエア）雰囲気に制御されている。

また、基板（第１の基板及び第２の基板）は、第１の加熱処理室５０Ａ又は第２の加熱処理室５０Ｂに搬入された後、取り出し室６０から搬出されるまで、大気開放されることなく連続的にそれぞれの処理室にて処理を施される。なお、図１中の矢印は、基板の搬出入の方向を表している。

＜１−２．各処理室の構成＞
製造装置４００の有する処理室の構成の一例について、図２を用いて説明する。

＜１−２−１．加熱処理室＞
第１の加熱処理室５０Ａは、製造装置４００に搬入された基板を減圧雰囲気下にて加熱する処理室である（図２（Ａ）参照）。第１の加熱処理室５０Ａでは、基板を複数枚保持可能なカセット４１１をエレベータ４１７によって昇降させて、ヒータ４１２を用いてカセット４１１内の基板の加熱処理を行う。

加熱処理を行う際には、排気ポート４１４を介して処理室内が減圧になるように排気して、ガス導入口４１５から窒素又はアルゴン等の不活性ガス又はドライエアを導入することで、１Ｐａ以下、好ましくは１０^−４Ｐａ以下で、露点が−６０℃以下、好ましくは−８０℃以下に雰囲気に制御する。

なお、図２（Ａ）では、処理室の下方に設けられたエレベータ４１７によってカセット４１１を昇降させる例を示したが、本実施の形態はこれに限られない。例えば、エレベータ４１７が処理室の上方に設けられていてもよい。また、図２（Ａ）では、ガス導入口４１５、排気ポート４１４が処理室の上方に設けられる例を示すが、ガス導入口４１５、排気ポート４１４を設ける位置はこれに限られない。

第２の加熱処理室５０Ｂは、第１の加熱処理室５０Ａと同様の構成を有する。なお、図１の製造装置４００では、２つの加熱処理室を有する場合を例に示すが、本実施の形態はこの構成に限られるものではない。加熱処理室は少なくとも一つ有していればよく、加熱処理室を３つ以上有する構成としてもよい。

＜１−２−２．搬送室＞
搬送室５２は、各処理室での基板の搬送を行う処理室である（図２（Ａ）参照）。基板を搬送する際には、各処理室と搬送室との間に設けられたシャッター４０５を開き、搬送アーム４１８によって基板を枚葉式に移動させる。

製造装置４００に設けられた処理室内は、ガス導入口４１５及び逆止弁４１６を用いて、露点が−６０℃以下、好ましくは−８０℃以下に雰囲気に制御される。なお、排気ポート４１４を有する処理室は、逆止弁４１６を設けなくともよい。

＜１−２−３．塗布室＞
塗布室５４は、基板へのシール材の塗布を行う処理室である（図２（Ｂ）参照）。塗布室５４において、ステージ４２１に基板を載置した後、ディスペンサ４２０とステージ４２１を相対的に移動させることで、基板上の所定の位置にシール材を塗布する。

なお、図２（Ｂ）では、ステージ４２１を移動させる場合を図示するが、本実施の形態はこれに限られず、ディスペンサ４２０を移動させてもよく、双方を移動させてもよい。またディスペンサ４２０は複数設けられていてもよく、シール材を塗布するディスペンサに加えて、シール材以外の材料（例えば、液晶、乾燥剤、異方性導電性樹脂など）を塗布可能なディスペンサを設けてもよい。

＜１−２−４．貼り合わせ室＞
貼り合わせ室５６は、第１の基板と第２の基板の貼り合わせを行う処理室である（図２（Ｃ）参照）。塗布室５４にてシール材を塗布した基板を、第１のステージ４２２に載置して、第２のステージ４２３に配置された基板と対向させる。貼り合わせを行う際には、第１のステージ４２２及び／又は第２のステージ４２３を昇降させて一対の基板を近接させた後、隔壁４２５を移動させて閉空間を形成する。そして、排気ポート４１４を介して閉空間内が減圧になるように排気する。貼り合わせの雰囲気は、２０ｋＰａ〜０．１Ｐａとすることが好ましく、１００Ｐａ〜１Ｐａとすることがより好ましい。

なお、隔壁４２５は必ずしも設けなくともよい。但し、隔壁４２５を設けることで、貼り合わせ室５６全体を減圧雰囲気とする場合と比較して、減圧雰囲気とする閉空間の体積を縮小することができるため、生産性を向上させることができるため、好ましい。

＜１−２−５．硬化室＞
硬化室５８は、貼り合わせ後のシール材の硬化を行う処理室である（図２（Ｄ）参照）。例えば、シール材として、紫外線硬化樹脂を用いる場合、硬化室５８にてＵＶランプ４２４を用いてシール材の硬化を行うことができる。

なお、貼り合わせ室５６から硬化室５８に、一対の基板を移動させる場合には、当該一対の基板の位置ずれを防止するために、貼り合わせ室５６にて基板の仮接着を行うことが好ましい。

＜１−３．セル工程＞
図１及び図２に示す製造装置４００を用いたセル工程を以下に示す。

まず、加熱処理室５０Ａに第１の基板を搬入した後、当該第１の基板を減圧雰囲気下で加熱処理する。そして、塗布室５４にて、加熱処理後の第１の基板又は第２の基板のいずれか一方にシール材を塗布する。その後、貼り合わせ室５６にて第１の基板と第２の基板とを対向させて貼り合わせを行い、硬化室５８にてシール材を硬化させる。シール材の硬化を終えた一対の基板を取り出し室６０から搬出して、本実施の形態に係る半導体装置を作製することができる。本実施の形態で示す製造装置４００では、各処理室間における基板の移動を搬送室５２を介して行うことで、大気開放することなくセル工程を行うことができる。

＜１−４．製造装置の構成２＞
製造装置の他の構成例を図３に図示する。

図３は、製造装置に設けられる複数の処理室を略直線上に配置する例である。図３に図示する製造装置４０２は、中央部に搬送室５２を配置せずに、例えば、各処理室内に配置された搬送機構等を用いて基板を各処理室に連続的に移動させることが可能である。図３の構成とすることで、装置の床面積（所謂フットプリント）を小さくすることができる。

なお、製造装置の構成はこれらに限られるものではなく、クリーンルームのレイアウト等によって適宜変更することができる。

以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示した製造装置を用いて表示機能を有する半導体装置（表示装置とも表記する）を作製する方法について説明する。

＜２−１．表示装置の構成＞
図４に、表示装置の構成の概念図を示す。表示装置は、トランジスタ３０２が設けられた第１の基板１００と、第２の基板２００とが、表示素子３０６を挟持して貼り合わされている。表示素子３０６としては、例えば、液晶素子又は発光素子等を用いることができる。

本実施の形態において、トランジスタ３０２としてはチャネル形成領域に酸化物半導体膜を含むトランジスタを用いるものとする。図４では一例としてボトムゲート構造のトランジスタを示すが、本実施の形態はこれに限られず、トップゲート構造のトランジスタを用いてもよい。

酸化物半導体はシリコンよりもバンドギャップが広く、かつ真性キャリア密度をシリコンよりも低くすることができる半導体材料である。そのため酸化物半導体膜を用いたトランジスタ３０２は、アモルファスシリコン膜および多結晶シリコン膜を用いたトランジスタよりも著しくオフ電流を低くすることが可能である。従って、酸化物半導体膜を含むトランジスタで液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置のバックプレーン（回路基板）を作製することで、表示装置の低消費電力化が可能になる。

表示素子３０６の下地膜として、有機樹脂膜３０４を形成することが好ましい。例えば、表示素子３０６として液晶素子を用いる場合、平坦化膜として機能する有機樹脂膜３０４を設けることで液晶分子の配向不良を抑制することができる。また、表示素子３０６として有機化合物を含む発光素子を用いる場合、平坦化膜として機能する有機樹脂膜３０４を設けることで薄膜でなる発光層の段切れを抑制することができる。

有機樹脂膜は、良好な平坦面を形成しやすく、且つ無機絶縁膜と比較して比誘電率が低いという利点を有するものの、水分を吸着しやすい。一方、酸化物半導体は、水素がキャリアの供給源となり、酸化物半導体中に水素が含まれると、伝導帯に近い（浅い）準位にドナーが生成され低抵抗化（ｎ型化）してしまう。よって、酸化物半導体にとって水分は不純物であり、トランジスタの電気的特性を変動させる要因となる。

＜２−２．有機樹脂膜の特性＞
有機樹脂膜が設けられた回路基板からの水分の放出量を、昇温脱離ガス分光法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて調べた結果について以下に述べる。

まず、ＴＤＳに用いた７つの回路基板Ａ乃至Ｇについて説明する。

回路基板Ａ乃至Ｄは、平坦化膜として有機樹脂膜を形成し、有機樹脂膜上に液晶素子の配向膜が形成された基板である。配向膜を形成するまで、全て同じ工程で作製した。そして、回路基板Ａ乃至Ｄには、トランジスタと画素電極の間に、アクリル樹脂を含む厚さ３μｍの有機樹脂膜が形成されている。

回路基板Ａは、配向膜を形成後、加熱処理を行わなかった。回路基板Ｂは、配向膜を形成後、約１０^−５Ｐａの減圧雰囲気下で１６０℃、１時間の加熱処理を行った。回路基板Ｃは、配向膜を形成後、大気雰囲気下で１５０℃、６時間の加熱処理を行った。回路基板Ｄは、配向膜を形成後、約１０^−５Ｐａの減圧雰囲気下で１６０℃、１時間の加熱処理を行い、次いで大気雰囲気下に１０分間さらす処理を行った。

また、回路基板Ｅ乃至Ｇは、配向膜を形成するまで、全て同じ工程で作製した回路基板である。そして、回路基板Ｅ乃至Ｇには、トランジスタと画素電極の間にはアクリル樹脂を含む有機樹脂膜を設けておらず、トランジスタを覆う無機絶縁膜上に、画素電極が設けられた構成を有している。回路基板Ｅは、配向膜を形成後、加熱処理を行わなかった。回路基板Ｆは、配向膜を形成後、約１０^−５Ｐａの減圧雰囲気下で１６０℃、１時間の加熱処理を行った。回路基板Ｇは、配向膜を形成後、大気雰囲気下で１５０℃、６時間の加熱処理を行った。

ＴＤＳでは、６０℃から２３０℃まで、一分間に２０℃の速さで基板の温度を上昇させて、質量電荷比（ｍ／ｚ）が１８である気体分子の脱離量の測定を行った。なお、質量電荷比（ｍ／ｚ）が１８である気体分子は、大部分が水で構成されていると予想される。また、回路基板が載置された測定室における、測定開始時の気圧は、１．２×１０^−７Ｐａとした。

図５に、ＴＤＳにより得られた、回路基板Ａ乃至Ｄから分離された、質量電荷比（ｍ／ｚ）が１８である気体分子の強度を示す。

加熱処理を行わなかった回路基板Ａでは、基板温度が９０℃の付近で、水の分離を示す大きなピークが見られた。一方、減圧雰囲気下で加熱処理を行った回路基板Ｂでは、回路基板Ａと異なり、基板温度が９０℃の付近に、水の分離を示すピークは見られなかった。

また、減圧雰囲気下で加熱処理を行った回路基板Ｂと、大気雰囲気下で加熱処理を行った回路基板Ｃとを比較すると、基板温度が１６０℃以下の範囲では、回路基板Ｃの方が、水の分離を示す強度が高かった。よって、減圧雰囲気下で加熱処理を行った回路基板Ｂの方が、大気雰囲気下で加熱処理を行った回路基板Ｃよりも、回路基板が有する各膜に含まれる水の量が、少ないことが推察された。

また、減圧雰囲気下で加熱処理を行った後に大気雰囲気下にさらした回路基板Ｄは、基板温度が８０℃の付近に水の分離を示すピークが見られた。よって、減圧雰囲気下で加熱処理を行った回路基板Ｂと、減圧雰囲気下で加熱処理を行った後に大気雰囲気下にさらした回路基板Ｄとを比較すると、回路基板Ｄの方が、回路基板が有する各膜に含まれる水の量が多いことが推察された。

また、図６に、ＴＤＳにより得られた、回路基板Ｅ乃至Ｇから分離された、質量電荷比（ｍ／ｚ）が１８である気体分子の強度を示す。

図５に示した、有機樹脂膜を有する回路基板Ａの水の分離を示す強度と、図６に示した、有機樹脂膜を有さない回路基板Ｅの水の分離を示す強度とを比較すると、全ての温度範囲において回路基板Ａの強度が高いことが分かった。よって、配向膜を形成後、加熱処理を行わなかった回路基板Ａ及び回路基板Ｅでは、有機樹脂膜を有する回路基板Ａの方が水の脱離量が多く、その水の脱離量の差分は、有機樹脂膜に含まれていた水によってもたらされたと考えられる。

また、図５に示した、有機樹脂膜を有する回路基板Ｃの強度と、図６に示した、有機樹脂膜を有さない回路基板Ｇの強度とを比較すると、全ての温度範囲において回路基板Ｃの強度が高いことが分かった。よって、配向膜を形成後、大気雰囲気下で加熱処理を行った回路基板Ｃ及び回路基板Ｇでは、有機樹脂膜を有する回路基板Ｃの方が水の脱離量が多く、その水の脱離量の差分は、有機樹脂膜に含まれていた水によってもたらされたと考えられる。

また、図５に示した、有機樹脂膜を有する回路基板Ｂの水の分離を示す強度と、図６に示した、有機樹脂膜を有さない回路基板Ｆの水の分離を示す強度とを比較すると、１００℃以下の温度範囲においては強度に有為な差が見られず、１００℃を超えると回路基板Ｂの強度が高くなることが分かった。よって、配向膜を形成後、減圧雰囲気下で加熱処理を行った回路基板Ｂ及び回路基板Ｆでは、有機樹脂膜を有する回路基板Ｂの方が水の脱離量が多く、その水の脱離量の差分は、有機樹脂膜に含まれていた水によってもたらされたと考えられる。ただし、減圧雰囲気下で加熱処理が行われた回路基板Ｂ及び回路基板Ｆでは、その水の脱離量の差が、回路基板Ａ及び回路基板Ｅの場合や、回路基板Ｃ及び回路基板Ｇの場合に比べて小さかった。よって、有機樹脂膜に含まれていた水は、加熱処理を行わなかった場合や、大気雰囲気下で加熱処理を行った場合に比べて、減圧雰囲気下での加熱処理により、より効率的に脱離されたと考えられる。

上述したＴＤＳの結果から、減圧雰囲気下にて１６０℃で加熱処理した後、大気開放せずに（例えば、雰囲気を窒素雰囲気にして）表示素子を基板間に封止することが可能な、本発明の一態様の製造装置で得られる表示装置は、有機樹脂膜中に含まれる水の量が少ないことが分かった。

＜２−３．表示装置の製造方法＞
以下、製造装置４００によって半導体装置を作製する方法を、図７を用いて説明する。以下では、本実施の形態では、表示パネルの一例として、液晶表示パネルを作製する場合を例に説明する。

なお、本実施の形態においては、一対の基板から一つの液晶表示装置を作製する方法を示すが、本実施の形態はこれに限られず、大型の基板に複数の液晶表示装置を作製（所謂、多面取り）する場合にも適用することが可能である。

＜２−３−１．加熱処理＞
まず、第１の加熱処理室５０Ａに、トランジスタ及びトランジスタ上の平坦化膜が設けられた第１の基板１００を搬入し、第１の基板１００に対して減圧雰囲気下で加熱処理を行う（図７（Ａ）参照）。

本実施の形態では、第１の基板１００上に設けられるトランジスタとして、酸化物半導体を含むトランジスタを適用する。また、平坦化膜として有機樹脂膜を適用する。

酸化物半導体を含むトランジスタ上に有機樹脂膜が設けられた第１の基板１００に対して、加熱処理を行うことで、有機樹脂膜から水分を脱離（脱水）させ、酸化物半導体へ水分又は水素等の不純物が入り込むことを防ぐことができる。また、加熱雰囲気を減圧雰囲気下とすることで、有機樹脂膜の表面に吸着した水分（吸着水）のみでなく、有機樹脂膜の内部の水分も脱水することができるため、好ましい。

また、第１の基板１００上に配向膜が形成されている場合、減圧雰囲気下での加熱処理を行うことで、配向膜からも水又は水素等の不純物を脱離されうるため、好ましい。本実施の形態では、ラビング処理が施された配向膜が設けられた第１の基板１００を、第１の加熱処理室５０Ａへと搬入するものとする。

加熱温度は、１００℃以上とすることが好ましく、１５０℃以上とすることがより好ましい。なお、加熱の上限温度は使用する有機樹脂材料にもよるが、例えばアクリル系樹脂であれば１８０℃〜２５０℃、ポリイミド系樹脂であれば２５０℃〜３００℃程度となる。但し、加熱温度は、適宜使用材料と減圧時の真空度を考慮して設定すればよい。

また、減圧雰囲気は大気圧未満とし、１Ｐａ以下とすることが好ましく、１０^−４Ｐａ以下とすることがより好ましい。ここで、Ｐａは真空度の単位を示す。すなわち、「以下」とは、より真空度が高い方向を指す。

本実施の形態においては、第１の基板１００に対して１０^−５Ｐａに減圧された雰囲気下にて、１６０℃１時間の加熱処理を行う。

加熱処理後の第１の基板１００は、搬送室５２を経て貼り合わせ室５６へと移動される。なお、搬送室５２を経た基板の移動は、大気開放されることなく（大気中にさらされることなく）連続的に行われる。

また、第２の加熱処理室５０Ｂに、第２の基板２００を搬入し、第２の基板２００に対して減圧雰囲気下で加熱処理を行う（図７（Ｂ）参照）。なお、第２の基板２００の加熱処理は第１の基板１００の加熱処理より先行して行った後に真空保管してもよい。また、加熱処理の条件は、第１の基板１００と同様とすることができる。

なお、第２の基板２００が有機樹脂膜を有さない場合は、第２の基板２００に対する加熱処理は必ずしも行わなくてもよい。但し、第２の基板２００に対して減圧雰囲気下での加熱処理を行うことで第２の基板２００表面の吸着水を脱離させることができ、後の工程で封止される封止領域内の水分等の不純物を低減させることができるため好ましい。

また、第２の基板２００上に配向膜が形成されている場合、減圧雰囲気下での加熱処理を行うことで、配向膜からも水又は水素等の不純物を脱離されうるため、第２の基板２００へ加熱処理を施すことが好ましい。

本実施の形態では、ラビング処理が施された配向膜が設けられた第２の基板２００を、第２の加熱処理室５０Ｂへと搬入するものとし、第２の基板２００に対して１０^−５Ｐａに減圧された雰囲気下にて、１６０℃１時間の加熱処理を行う。

なお、図７においては、第１の基板１００及び第２の基板２００に対して、２つの加熱処理室を用いて加熱処理を行う場合を例に示したが、本実施の形態はこれに限られない。第１の基板１００と第２の基板２００とを同じ加熱処理室にて加熱処理を行ってもよいし、複数の第１の基板１００又は第２の基板２００に対して、それぞれ複数の加熱処理室を有する構成としてもよい。但し、製造装置４００が加熱処理室を複数有する構成とすることで、半導体装置の製造のタクトを向上させることができる。また、第１の加熱処理室５０Ａ及び第２の加熱処理室５０Ｂは、複数の基板に対して、同時に加熱処理を行うことができる、所謂バッチ処理が可能であることが好ましい。

＜２−３−２．シール材塗布及び液晶滴下＞
加熱処理後の第２の基板２００は、搬送室５２を経て塗布室５４へと移動される。

塗布室５４では、加熱処理を終えた第２の基板２００に対して、枠状にシール材２０２を塗布し、当該枠内に液晶２０４を滴下する（図７（Ｃ）参照）。

なお、一枚の基板から複数枚のパネルを取り出す場合には、複数の枠状にシール材を塗布すればよい。

シール材２０２としては、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、または光及び熱併用硬化性樹脂等を用いるのが好ましい。例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリレート系（ウレタンアクリレート）樹脂、アミン系樹脂、アクリル系樹脂とエポキシ系樹脂を混ぜた樹脂等を用いることができる。また、光（代表的には紫外線）重合開始剤、熱硬化剤、フィラー、カップリング剤を含んでもよい。なお、光硬化性樹脂とは、光を照射することにより硬化する樹脂をいい、熱硬化性樹脂は、熱処理により硬化する樹脂をいう。また、光及び熱併用硬化性樹脂とは、光を照射することにより仮硬化し、その後熱処理を行うことにより本硬化する樹脂をいう。

シール材２０２は枠状（閉ループ状）に形成すればよい。図７（Ｃ）においては、シール材２０２を矩形状に形成する場合を示している。ただし、シール材２０２の形状は矩形状に限られず、円形状、楕円形状、または矩形状以外の多角形状等に形成してもよい。また、シール材２０２は、２重以上の複数の枠状に形成してもよく、その場合、内側の枠状のシール材と外側の枠状のシール材の材料を異ならせてもよい。

液晶２０４には、低分子液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。また、液晶材料に、カイラル材、重合性モノマー及び重合開始剤を混合した液晶組成物を用いてもよい。

なお、図７（Ｃ）では、シール材２０２の内側に一滴の液晶２０４を滴下する場合を示している。但し、これに限られず、枠状のシール材２０２の内側の必要な箇所に必要な量だけ液晶を滴下すればよい。

また、塗布室５４に、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）との電気的な接続を行うための異方性導電性樹脂を滴下するための第３のディスペンサを設けてもよい。

なお、本実施の形態においては、製造装置４００を用いて液晶表示装置を作製する場合を例に示すが、本実施の形態はこれに限られない。例えば、製造装置４００を用いて、酸化物半導体層を含むトランジスタと、トランジスタ上に設けられた有機樹脂膜と、発光性の有機化合物を含む発光素子を有する第１の基板と、第２の基板とを貼り合わせることで、ＥＬ（エレクトロルミネセンス）表示装置を作製してもよい。その場合、塗布室５４では、固体封止のためのシール材を塗布することができる。また、液晶に変えて乾燥剤を滴下又は塗布してもよい。

＜２−３−３．貼り合わせ＞
液晶２０４を滴下した後、搬送室５２を経て第２の基板２００を貼り合わせ室５６へ移動させる。

貼り合わせ室５６において、第１の基板１００のトランジスタ及び有機樹脂膜が設けられた面と第２の基板２００とを対向させ、第１の基板１００と第２の基板２００とを貼り合わせる（図７（Ｄ）参照）。

第１の基板１００と第２の基板２００とを貼り合わせることにより、滴下した液晶２０４がシール材２０２の枠内に広がり、液晶層が形成される。なお、滴下した液晶の粘度によっては、第１の基板１００と第２の基板２００とを貼り合わせた段階では、液晶層がシール材２０２の枠内全面に広がらない（シール材２０２に接しない）場合がある。

第１の基板１００と第２の基板２００との貼り合わせは、減圧雰囲気下で行う。減圧雰囲気下で貼り合わせることにより、貼り合わせ後に大気圧に開放した場合であっても、シール材２０２の枠内を減圧状態に保ち、最終的に液晶をシール材２０２に接する領域まで広げることができるためである。さらに、内部の気体が封止時に圧縮されその圧力でシール材が破れることを防止するためである。減圧雰囲気は大気圧未満とすればよく、例えば１００Ｐａ以下とすることがより好ましい。

なお、貼り合わせ室５６は、第１の加熱処理室５０Ａ及び第２の加熱処理室５０Ｂよりも低真空とすることが好ましい。例えば、貼り合わせ室５６の雰囲気を２０ｋＰａ〜０．１Ｐａとすることが好ましく、１００Ｐａ〜１Ｐａとすることがより好ましい。

なお、第２の基板２００上にシール材２０２を形成した後、または、第１の基板１００と第２の基板２００とを貼り合わせた後に、光照射または熱処理によって、シール材２０２を仮硬化してもよい。なお、枠状のシール材２０２の他に、基板２００の端部に基板の仮接着用のシール材を塗布してもよく、その場合には、該仮接着用のシール材を仮硬化してもよい。

シール材２０２を仮硬化することにより、シール材２０２と基板（第１の基板１００及び第２の基板２００）とを固着して上下の基板の位置ずれを防止することができる。

また、図７では、第２の基板２００側にシール材２０２及び液晶２０４を設ける場合を示すが、本実施の形態はこれに限られず、第１の基板１００側にシール材２０２及び液晶２０４を設けてもよい。

＜２−３−４．シール材硬化＞
貼り合わせ室５６にて、第１の基板１００及び第２の基板２００を貼り合わせた後、搬送室５２を経て、硬化室５８へと基板を移動させ、シール材２０２の硬化処理を行う（図７（Ｅ）参照）。なお、硬化処理は、大気圧雰囲気下で行う。

硬化処理はシール材の材料によって適宜設定すればよく、例えば、シール材２０２として熱硬化性樹脂を用いる場合には、熱処理を行うことにより、シール材２０２を硬化する。または、シール材２０２として光硬化性樹脂を用いる場合には、当該光硬化性樹脂が反応する波長の光を照射することでシール材２０２を硬化する。

以上の工程によって、本実施の形態の液晶表示装置３００を作製することができる。作製された液晶表示装置３００は、図１に示す取り出し室６０から搬出される。

以上示したように、本発明の一態様に係る製造装置を用いて、第１の基板１００、又は、第１の基板１００及び第２の基板２００を減圧雰囲気下で加熱することで、基板上に設けられた有機樹脂膜から水を除去することができる。水等の水素を含む化合物は酸化物半導体にｎ型の導電性を付与する不純物であり、酸化物半導体を用いたトランジスタの電気的特性の変動要因となる。よって、表示装置内部に混入しうる水を低減させることで、トランジスタの信頼性を向上させることができる。

また、有機樹脂膜は水分を吸着しやすいため、加熱処理によって水を除去しても大気に触れることで、水の再混入が起こりやすい。しかしながら、本実施の形態で示す製造装置は、加熱処理によって水を除去した後、大気開放することなく第１の基板１００及び第２の基板２００の貼り合わせを行うため、表示装置内部への水等の不純物の侵入を抑制することができる。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。

以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態３）
上記実施の形態で例示したトランジスタのチャネルが形成される領域に好適に用いることができる酸化物半導体の一例について、以下に説明する。

酸化物半導体は、エネルギーギャップが３．０ｅＶ以上と大きく、酸化物半導体を適切な条件で加工し、そのキャリア密度を十分に低減して得られた酸化物半導体膜が適用されたトランジスタにおいては、オフ状態でのソースとドレイン間のリーク電流（オフ電流）を、従来のシリコンを用いたトランジスタと比較して極めて低いものとすることができる。

適用可能な酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特にＩｎとＺｎを含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタノイド（例えば、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）から選ばれた一種、または複数種が含まれていることが好ましい。

例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｚｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｉ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｃ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。

ここで、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。

また、酸化物半導体として、ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ＞０）で表記される材料を用いてもよい。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素、若しくは上記のスタビライザーとしての元素を示す。また、酸化物半導体として、Ｉｎ_２ＳｎＯ_５（ＺｎＯ）_ｎ（ｎ＞０、且つ、ｎは整数）で表記される材料を用いてもよい。

例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２、あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：１：３の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。

酸化物半導体膜は単結晶でも、非単結晶でもよい。後者の場合、アモルファス酸化物半導体膜でも、微結晶酸化物半導体膜でも、多結晶酸化物半導体膜でも、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜でもよい。好ましくは、酸化物半導体膜は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜とする。

以下、酸化物半導体膜の構造について説明する。

非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶成分を有さない酸化物半導体膜である。微小領域においても結晶部を有さず、膜全体が完全な非晶質構造の酸化物半導体膜が典型である。

微結晶酸化物半導体膜は、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ未満の大きさの微結晶（ナノ結晶ともいう。）を含む。従って、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも原子配列の規則性が高い。そのため、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つであり、ほとんどの結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさである。従って、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、一辺が１０ｎｍ未満、５ｎｍ未満または３ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。以下、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について詳細な説明を行う。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察すると、結晶部同士の明確な境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略平行な方向からＴＥＭによって観察（断面ＴＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の膜を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹凸を反映した形状であり、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面と平行に配列する。

一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略垂直な方向からＴＥＭによって観察（平面ＴＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。

断面ＴＥＭ観察および平面ＴＥＭ観察より、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部は配向性を有していることがわかる。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置を用いて構造解析を行うと、例えばＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（００９）面に帰属されることから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に概略垂直な方向を向いていることが確認できる。

一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、ｃ軸に概略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが５６°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＩｎＧａＺｎＯ_４の単結晶酸化物半導体膜であれば、２θを５６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させながら分析（φスキャン）を行うと、（１１０）面と等価な結晶面に帰属されるピークが６本観察される。これに対し、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の場合は、２θを５６°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。

以上のことから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜では、異なる結晶部間ではａ軸およびｂ軸の配向は不規則であるが、ｃ軸配向性を有し、かつｃ軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面ＴＥＭ観察で確認された層状に配列した金属原子の各層は、結晶のａｂ面に平行な面である。

なお、結晶部は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行った際に形成される。上述したように、結晶のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部が、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部分的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。

なお、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の一部に、ｃ軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。

なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、例えば、多結晶である酸化物半導体スパッタリング用ターゲットを用い、スパッタリング法によって成膜する。当該スパッタリング用ターゲットにイオンが衝突すると、スパッタリング用ターゲットに含まれる結晶領域がａ−ｂ面から劈開し、ａ−ｂ面に平行な面を有する平板状またはペレット状のスパッタリング粒子として剥離することがある。この場合、当該平板状またはペレット状のスパッタリング粒子が、結晶状態を維持したまま被成膜面に到達することで、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜することができる。

平板状のスパッタリング粒子は、例えば、ａ−ｂ面に平行な面の円相当径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下、厚さ（ａ−ｂ面に垂直な方向の長さ）が０．７ｎｍ以上１ｎｍ未満である。なお、平板状のスパッタリング粒子は、ａ−ｂ面に平行な面が正三角形または正六角形であってもよい。ここで、面の円相当径とは、面の面積と等しい正円の直径をいう。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜するために、以下の条件を適用することが好ましい。

成膜時の基板温度を高めることで、基板到達後にスパッタリング粒子のマイグレーションが起こる。具体的には、基板温度を１００℃以上７４０℃以下、好ましくは２００℃以上５００℃以下として成膜する。成膜時の基板温度を高めることで、平板状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーションが起こり、スパッタリング粒子の平らな面が基板に付着する。このとき、スパッタリング粒子が正に帯電することで、スパッタリング粒子同士が反発しながら基板に付着するため、スパッタリング粒子が偏って不均一に重なることがなく、厚さの均一なＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜することができる。

成膜時の不純物混入を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れることを抑制できる。例えば、成膜室内に存在する不純物濃度（水素、水、二酸化炭素および窒素など）を低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点が−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下である成膜ガスを用いる。

また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメージを軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、３０体積％以上、好ましくは１００体積％とする。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜した後、加熱処理を行ってもよい。加熱処理の温度は、１００℃以上７４０℃以下、好ましくは２００℃以上５００℃以下とする。また、加熱処理の時間は１分以上２４時間以下、好ましくは６分以上４時間以下とする。また、加熱処理は、不活性雰囲気または酸化性雰囲気で行えばよい。好ましくは、不活性雰囲気で加熱処理を行った後、酸化性雰囲気で加熱処理を行う。不活性雰囲気での加熱処理により、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の不純物濃度を短時間で低減することができる。一方、不活性雰囲気での加熱処理によりＣＡＡＣ−ＯＳ膜に酸素欠損が生成されることがある。その場合、酸化性雰囲気での加熱処理によって該酸素欠損を低減することができる。また、加熱処理を行うことで、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶性をさらに高めることができる。なお、加熱処理は１０００Ｐａ以下、１００Ｐａ以下、１０Ｐａ以下または１Ｐａ以下の減圧下で行ってもよい。減圧下では、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の不純物濃度をさらに短時間で低減することができる。

スパッタリング用ターゲットの一例として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物ターゲットについて以下に示す。

ＩｎＯ_Ｘ粉末、ＧａＯ_Ｙ粉末およびＺｎＯ_Ｚ粉末を所定のｍｏｌ数比で混合し、加圧処理後、１０００℃以上１５００℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物ターゲットとする。なお、Ｘ、ＹおよびＺは任意の正数である。ここで、所定のｍｏｌ数比は、例えば、ＩｎＯ_Ｘ粉末、ＧａＯ_Ｙ粉末およびＺｎＯ_Ｚ粉末が、１：１：１、１：１：２、１：３：２、２：１：３、２：２：１、３：１：１、３：１：２、３：１：４、４：２：３、８：４：３、またはこれらの近傍の値とすることができる。なお、粉末の種類、およびその混合するｍｏｌ数比は、作製するスパッタリング用ターゲットによって適宜変更すればよい。

または、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、以下の方法により形成する。

まず、第１の酸化物半導体膜を１ｎｍ以上１０ｎｍ未満の厚さで成膜する。第１の酸化物半導体膜はスパッタリング法を用いて成膜する。具体的には、基板温度を１００℃以上５００℃以下、好ましくは１５０℃以上４５０℃以下とし、成膜ガス中の酸素割合を３０体積％以上、好ましくは１００体積％として成膜する。

次に、加熱処理を行い、第１の酸化物半導体膜を結晶性の高い第１のＣＡＡＣ−ＯＳ膜とする。加熱処理の温度は、３５０℃以上７４０℃以下、好ましくは４５０℃以上６５０℃以下とする。また、加熱処理の時間は１分以上２４時間以下、好ましくは６分以上４時間以下とする。また、加熱処理は、不活性雰囲気または酸化性雰囲気で行えばよい。好ましくは、不活性雰囲気で加熱処理を行った後、酸化性雰囲気で加熱処理を行う。不活性雰囲気での加熱処理により、第１の酸化物半導体膜の不純物濃度を短時間で低減することができる。一方、不活性雰囲気での加熱処理により第１の酸化物半導体膜に酸素欠損が生成されることがある。その場合、酸化性雰囲気での加熱処理によって該酸素欠損を低減することができる。なお、加熱処理は１０００Ｐａ以下、１００Ｐａ以下、１０Ｐａ以下または１Ｐａ以下の減圧下で行ってもよい。減圧下では、第１の酸化物半導体膜の不純物濃度をさらに短時間で低減することができる。

第１の酸化物半導体膜は、厚さが１ｎｍ以上１０ｎｍ未満であることにより、厚さが１０ｎｍ以上である場合と比べ、加熱処理によって容易に結晶化させることができる。

次に、第１の酸化物半導体膜と同じ組成である第２の酸化物半導体膜を１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さで成膜する。第２の酸化物半導体膜はスパッタリング法を用いて成膜する。具体的には、基板温度を１００℃以上５００℃以下、好ましくは１５０℃以上４５０℃以下とし、成膜ガス中の酸素割合を３０体積％以上、好ましくは１００体積％として成膜する。

次に、加熱処理を行い、第２の酸化物半導体膜を第１のＣＡＡＣ−ＯＳ膜から固相成長させることで、結晶性の高い第２のＣＡＡＣ−ＯＳ膜とする。加熱処理の温度は、３５０℃以上７４０℃以下、好ましくは４５０℃以上６５０℃以下とする。また、加熱処理の時間は１分以上２４時間以下、好ましくは６分以上４時間以下とする。また、加熱処理は、不活性雰囲気または酸化性雰囲気で行えばよい。好ましくは、不活性雰囲気で加熱処理を行った後、酸化性雰囲気で加熱処理を行う。不活性雰囲気での加熱処理により、第２の酸化物半導体膜の不純物濃度を短時間で低減することができる。一方、不活性雰囲気での加熱処理により第２の酸化物半導体膜に酸素欠損が生成されることがある。その場合、酸化性雰囲気での加熱処理によって該酸素欠損を低減することができる。なお、加熱処理は１０００Ｐａ以下、１００Ｐａ以下、１０Ｐａ以下または１Ｐａ以下の減圧下で行ってもよい。減圧下では、第２の酸化物半導体膜の不純物濃度をさらに短時間で低減することができる。

以上のようにして、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を形成することができる。

また、酸化物半導体膜に水素が多量に含まれると、酸化物半導体と結合することによって、水素の一部がドナーとなり、キャリアである電子を生じてしまう。これにより、トランジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。そのため、酸化物半導体膜において、水素濃度は、５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、更に好ましくは１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすることが望ましい。なお、酸化物半導体膜中の水素濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）で測定されるものである。

酸化物半導体膜の形成後において、脱水化処理（脱水素化処理）を行い酸化物半導体膜から、水素、または水分を除去して不純物が極力含まれないように高純度化し、脱水化処理（脱水素化処理）によって増加した酸素欠損を補填するため酸素を酸化物半導体膜に加える処理を行うことが好ましい。また、本明細書等において、酸化物半導体膜に酸素を供給する場合を、加酸素化処理と記す場合がある、または酸化物半導体膜に含まれる酸素を化学量論的組成よりも多くする場合を過酸素化処理と記す場合がある。

このように、酸化物半導体膜は、脱水化処理（脱水素化処理）により、水素または水分が除去され、加酸素化処理により酸素欠損を補填することによって、ｉ型（真性）化またはｉ型に限りなく近い酸化物半導体膜とすることができる。このような酸化物半導体膜中には、ドナーに由来するキャリアが極めて少なく（ゼロに近く）、キャリア濃度は１×１０^１４／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１２／ｃｍ^３未満、さらに好ましくは１×１０^１１／ｃｍ^３未満、より好ましくは１．４５×１０^１０／ｃｍ^３未満となる。

またこのように、水素濃度が十分に低減されて高純度化され、十分な酸素の供給により酸素欠損に起因するエネルギーギャップ中の欠陥準位密度が低減された酸化物半導体膜を備えるトランジスタは、極めて優れたオフ電流特性を実現できる。例えば、チャネル長が１μｍ、且つ室温（２５℃）における、チャネル幅１μｍあたりのオフ電流は、１００ｙＡ（１ｙＡ（ヨクトアンペア）は１×１０^−２４Ａ）以下、望ましくは、１０ｙＡ以下となる。また、８５℃では、１００ｚＡ／μｍ（１ｚＡ（ゼプトアンペア）は１×１０^−２１Ａ）以下、望ましくは１０ｚＡ／μｍ以下となる。このように、ｉ型（真性）化または実質的にｉ型化された酸化物半導体膜を用いることで、極めて優れたオフ電流特性のトランジスタを得ることができる。

また、酸化物半導体膜は、複数の酸化物半導体膜が積層された構造でもよい。

例えば、酸化物半導体膜を、第１の酸化物半導体膜、第２の酸化物半導体膜および第３の酸化物半導体膜の積層として、各々を異なる組成としてもよい。

酸化物半導体膜（便宜上、第１層と呼ぶ。）とゲート絶縁膜との間に、第１層を構成する元素からなり、第１層よりも電子親和力が０．２ｅＶ以上小さい第２層を設けてもよい。このとき、ゲート電極から電界が印加されると、第１層にチャネルが形成され、第２層にはチャネルが形成されない。第１層は、第２層と構成する元素が同じであるため、第１層と第２層との界面において、界面散乱がほとんど起こらない。従って、第１層とゲート絶縁膜との間に第２層を設けることによって、トランジスタの電界効果移動度を高くすることができる。

さらに、ゲート絶縁膜に酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を用いる場合、ゲート絶縁膜に含まれるシリコンが、酸化物半導体膜に混入することがある。酸化物半導体膜にシリコンが含まれると、酸化物半導体膜の結晶性の低下、キャリア移動度の低下などが起こる。従って、チャネルの形成される第１層のシリコン濃度を低減するために、第１層とゲート絶縁膜との間に第２層を設けることが好ましい。同様の理由により、第１層を構成する元素からなり、第１層よりも電子親和力が０．２ｅＶ以上小さい第３層を設け、第１層を第２層および第３層で挟むことが好ましい。

以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１に示した製造装置を用いて作製される、表示機能を有する半導体装置（表示装置ともいう）の一例を示す。

図８（Ａ）に本実施の形態の表示装置の平面図を示す。図８（Ａ）において、基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とを囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また画素部４００２と、走査線駆動回路４００４の上に基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とは、基板４００１とシール材４００５と基板４００６とによって、表示素子と共に封止されている。図８（Ａ）においては、基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に、ＩＣチップ、又は別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。信号線駆動回路４００３と走査線駆動回路４００４を通して画素部４００２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）４０１８から供給されている。

また図８（Ａ）においては、信号線駆動回路４００３を別途形成し、基板４００１に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装してもよいし、信号線駆動回路の一部又は走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実装してもよい。

なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法、ワイヤボンディング法、或いはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）法などを用いることができる。図８（Ａ）は、ＣＯＧ法により信号線駆動回路４００３を実装する例である。

なお、表示装置とは、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む。すなわち、本明細書中における表示装置とは、画像表示装置、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、表示素子が封止された状態にあるパネルだけでなく、コネクター、例えば、ＦＰＣ又はＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、又は表示素子にＣＯＧ方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。

また基板上に設けられた画素部及び走査線駆動回路は、トランジスタを複数有しており、実施の形態２に示したトランジスタを適用することができる。

表示装置に設けられる表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発光素子（発光表示素子ともいう）を用いることができる。発光素子は、電流又は電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬ等が含まれる。また、電子インク表示装置（電子ペーパー）など、電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。

図８（Ｃ）は、図８（Ａ）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。図８（Ｃ）では表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の例を示す。但し、表示パネルは、画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０が表示素子と電気的に接続して構成され、該表示素子としては表示を行うことができれば特に限定されず、様々な表示素子を用いることができる。

液晶表示装置は、縦電界方式、又は、横電界方式を適用することができる。図８（Ｃ）では、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードを採用する例を示す。

図８（Ａ）及び（Ｃ）に示すように、半導体装置は接続端子電極４０１５及び端子電極４０１６を有しており、接続端子電極４０１５及び端子電極４０１６はＦＰＣ４０１８が有する端子と異方性導電層４０１９を介して、電気的に接続されている。

接続端子電極４０１５は、第１の電極層４０３４と同じ導電層から形成され、端子電極４０１６は、トランジスタ４０１０、４０１１のゲート電極層と同じ導電層で形成されている。

また基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４は、トランジスタを複数有している。図８（Ｃ）では、画素部４００２に含まれるトランジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれるトランジスタ４０１１とを例示しており、トランジスタ４０１０、４０１１上には絶縁層４０３２ａ、４０３２ｂが設けられている。

また、図８（Ｃ）では、絶縁層４０３２ｂ上に平坦化絶縁層４０４０が設けられ、第１の電極層４０３４と第２の電極層４０３１との間に絶縁層４０４２が設けられている。

トランジスタ４０１０、４０１１としては、実施の形態２に示した酸化物半導体をチャネル形成領域に含むトランジスタを適用することができる。トランジスタ４０１０、４０１１は、ボトムゲート構造のトランジスタである。

トランジスタ４０１０、４０１１に含まれるゲート絶縁層は、単層構造又は積層構造とすることができる。本実施の形態では、ゲート絶縁層４０２０ａ、４０２０ｂの積層構造を含む。また、図８（Ｃ）においては、ゲート絶縁層４０２０ａと、絶縁層４０３２ｂとが、接続端子電極４０１５端部を覆うように、シール材４００５下に延在しており、絶縁層４０３２ｂは、ゲート絶縁層４０２０ｂ及び絶縁層４０３２ａの側面を覆っている。

また、駆動回路用のトランジスタ４０１１の酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置にさらに導電層を設けてもよい。導電層を酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に設けることによって、トランジスタ４０１１のしきい値電圧の変化量を低減することができる。

また、該導電層は外部の電場を遮蔽する、すなわち外部の電場が内部（トランジスタを含む回路部）に作用しないようにする機能（特に静電気に対する静電遮蔽機能）も有する。導電層の遮蔽機能により、静電気などの外部の電場の影響によりトランジスタの電気的な特性が変動することを防止することができる。

ここで、平坦化絶縁層４０４０が、実施の形態１で例示した有機樹脂膜に相当する。平坦化絶縁層４０４０としては、アクリル、ポリイミド、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ等の有機樹脂を用いることができる。また上記有機樹脂材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂等を用いることができる。実施の形態１で例示した方法を適用することにより、平坦化絶縁層４０４０内の水等の不純物は極めて低減されている。したがって、トランジスタの電気的特性の変動が抑制され、極めて信頼性の高い表示装置が実現されている。

図８（Ｃ）において、液晶素子４０１３は、第１の電極層４０３４、第２の電極層４０３１、及び液晶層４００８を含む。なお、液晶層４００８を挟持するように配向膜として機能する絶縁層４０３８、４０３３が設けられている。

また、液晶素子４０１３は、液晶層４００８の下方に開口パターンを有する第２の電極層４０３１を有し、絶縁層４０４２を介して第２の電極層４０３１のさらに下方に、平板状の第１の電極層４０３４を有する。開口パターンを有する第２の電極層４０３１は、屈曲部や枝分かれした櫛歯状を含む形状である。第２の電極層４０３１に開口パターンを設けることにより、第１の電極層４０３４及び第２の電極層４０３１はその電極間に電界を発生させることができる。なお、平坦化絶縁層４０４０上に接して平板上の第２の電極層４０３１を形成し、絶縁層４０４２を介して第２の電極層４０３１上に、画素電極として機能し、開口パターンを有する第１の電極層４０３４を有する構成としてもよい。

第１の電極層４０３４、第２の電極層４０３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物、グラフェンなどの透光性を有する導電性材料を用いることができる。

また、第１の電極層４０３４、第２の電極層４０３１はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる。

また、第１の電極層４０３４、第２の電極層４０３１として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。

またスペーサ４０３５は絶縁層を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、液晶層４００８の膜厚（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていてもよい。

また、液晶層４００８に、配向膜を用いないブルー相を発現する液晶組成物を用いてもよい。この場合、液晶層４００８と、第１の電極層４０３４及び第２の電極層４０３１とは接する構造となる。

図８（Ｃ）に示す本実施の形態の液晶表示装置において、トランジスタ４０１０、４０１１、絶縁層４０３２ａ、４０３２ｂ、平坦化絶縁層４０４０、第１の電極層４０３４、絶縁層４０４２、第２の電極層４０３１、及び配向膜として機能する絶縁層４０３８、が設けられた基板４００１が、実施の形態１の第１の基板１００に相当する。また、スペーサ４０３５及び配向膜として機能する絶縁層４０３３が設けられた基板４００６が、実施の形態１の第２の基板に相当する。基板４００１及び基板４００６上にそれぞれ配向膜として機能する絶縁層４０３８、４０３３を形成し、ラビング処理及びラビング処理後の洗浄を終えた後、本発明の一態様に係る製造装置を用いて貼り合わせを行うことで、本実施の形態の液晶表示装置を形成することができる。

実施の形態１で示した製造装置を用いて基板４００１及び基板４００６の貼り合わせを行うことで、平坦化絶縁層４０４０に含まれる水分を除去し、且つ再混入を抑制することができる。従って、本実施の形態で示す液晶表示装置は、表示装置内部の水分が低減されているため、トランジスタ４０１１、４０１０の電気的特性の変動が抑制された信頼性の高い液晶表示装置である。

なお、図８（Ｃ）に示す絶縁層４０４２は、一部に開口を有しており、当該開口から平坦化絶縁層４０４０に含まれる水分を脱離することができる。但し、平坦化絶縁層４０４０上に設けられる絶縁層４０４２の膜質によっては、開口を設けなくともよい。

液晶表示装置に設けられる保持容量の大きさは、画素部に配置されるトランジスタのリーク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。保持容量の大きさは、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。本明細書に開示する酸化物半導体層を有するトランジスタを用いることにより、保持容量の大きさを縮小することができる。よって、各画素における開口率を向上させることができる。

特に、保持容量としての容量素子を設けない構成とし、第１の電極層４０３４と第２の電極層４０３１の間に生じる寄生容量を保持容量として用いることが好ましい。このように、容量素子を設けない構成とすることにより、画素の開口率をさらに向上させることができる。

保持容量としての容量素子を画素に設けない場合の、画素構成の一例を図８（Ｂ）に示す。画素には、トランジスタ４０１０のゲート電極層と電気的に接続する配線４０５０と、トランジスタ４０１０のソース電極層又はドレイン電極層の一方と電気的に接続する配線４０５２の交差部を有する。図８（Ｂ）に示す画素は保持容量としての容量素子を有していないため、画素の占有面積に対する、開口パターンを有する第２の電極層４０３１の面積を極めて大きくすることができ、極めて高い開口率が実現されている。

本明細書に開示する酸化物半導体層を用いたトランジスタは、オフ状態における電流値（オフ電流値）を低く制御することができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。

また、本明細書に開示する酸化物半導体層を用いたトランジスタは、高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。例えば、このようなトランジスタを液晶表示装置に用いることで、画素部のスイッチングトランジスタと、駆動回路部に使用するドライバートランジスタを同一基板上に形成することができる。また、画素部においても、このようなトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。

また、表示装置において、ブラックマトリクス（遮光層）、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）などは適宜設ける。例えば、偏光板及び位相差板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。

また、画素部における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白を表す）、又はＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、開示する発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することもできる。

また、表示装置はタッチセンサを備えていることが好ましい。画素部４００２と重ねてタッチセンサを設けた表示装置を電子機器等に適用することにより、より直感的な操作が可能な電子機器を実現することができる。

表示装置に設けるタッチセンサとしては、静電容量方式のタッチセンサを用いることが好ましい。そのほかにも抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、光学方式など様々な方式を用いることができる。

静電容量方式のタッチセンサとしては、代表的には表面型静電容量方式、投影型静電容量方式などがある。また投影型静電容量方式としては、主に駆動方式の違いから、自己容量方式、相互容量方式などがある。ここで、相互容量方式を用いると、同時多点検出が可能となるため好ましい。

ここで、表示装置にタッチセンサを設ける場合、タッチセンサとして機能する層の配置はさまざまな方法をとることができる。

図９は、液晶素子が適用され、タッチセンサを備える表示装置の構成例である。

図９（Ａ）に示す表示装置は、液晶４０６２と、液晶４０６２を挟持する一対の基板（基板４０６１及び基板４０６３）と、基板４０６１及び基板４０６３よりも外側に配置された一対の偏光板（偏光板４０６４及び偏光板４０６５）と、タッチセンサ４０６０と、を有する。ここで、液晶４０６２と、基板４０６１と、基板４０６３を含む構成を、表示パネル４０６７と呼ぶこととする。

図９（Ａ）に示す表示装置は、タッチセンサ４０６０が偏光板４０６４（又は偏光板４０６５）よりも外側に位置する、いわゆる外付け型の表示装置である。このような構成は、表示パネル４０６７とタッチセンサ４０６０をそれぞれ別途作製し、これらを重ねることで、表示装置にタッチセンサの機能を付加することができるため、特別な工程を経ることなく、容易に作製することができる。

図９（Ｂ）に示す表示装置は、タッチセンサ４０６０が偏光板４０６４と基板４０６１の間（又は偏光板４０６５と基板４０６３の間）に位置する、いわゆるオンセル型の表示装置である。このような構成は、例えば基板４０６１をタッチセンサ４０６０の形成基板として共通して用いるなどにより、表示装置の薄型化を実現できる。

図９（Ｃ）に示す表示装置は、タッチセンサ４０６０が基板４０６１と基板４０６３の間に位置する、いわゆるインセル型の表示装置である。このような構成とすることで、さらなる表示装置の薄型化を実現できる。例えば、表示パネル４０６７が備えるトランジスタや配線、電極などにより基板４０６１上（または基板４０６３上）の液晶４０６２側の面にタッチセンサとして機能する層を作り込むことにより実現できる。また、光学式のタッチセンサを用いる場合には、光電変換素子を備える構成としてもよい。

なお、ここでは液晶素子を備える表示装置について説明したが、有機ＥＬ素子を備える表示装置や電子ペーパなどの様々な表示装置に、タッチセンサの機能を適宜付加することができる。

以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様の製造装置によって作製される表示装置を備える電子機器の例について、図１０を参照して説明する。

図１０（Ａ）に示す電子機器は、折り畳み式の情報端末の一例である。

図１０（Ａ）に示す電子機器は、筐体１０２１ａと、筐体１０２１ｂと、筐体１０２１ａに設けられたパネル１０２２ａと、筐体１０２１ｂに設けられたパネル１０２２ｂと、軸部１０２３と、ボタン１０２４と、接続端子１０２５と、記録媒体挿入部１０２６と、スピーカ１０２７と、を備える。

筐体１０２１ａと筐体１０２１ｂは、軸部１０２３により接続される。

図１０（Ａ）に示す電子機器は、軸部１０２３を有するため、パネル１０２２ａとパネル１０２２ｂを対向させて折り畳むことができる。

ボタン１０２４は、筐体１０２１ｂに設けられる。なお、筐体１０２１ａにボタン１０２４を設けてもよい。例えば、電源ボタンとしての機能を有するボタン１０２４を設けることより、ボタン１０２４を押すことで電子機器に対する電源電圧の供給を制御できる。

接続端子１０２５は、筐体１０２１ａに設けられる。なお、筐体１０２１ｂに接続端子１０２５が設けられていてもよい。また、接続端子１０２５が筐体１０２１ａ及び筐体１０２１ｂの一方又は両方に複数設けられていてもよい。接続端子１０２５は、図１０（Ａ）に示す電子機器と他の機器を接続するための端子である。

記録媒体挿入部１０２６は、筐体１０２１ａに設けられる。筐体１０２１ｂに記録媒体挿入部１０２６が設けられていてもよい。また、記録媒体挿入部１０２６が筐体１０２１ａ及び筐体１０２１ｂの一方又は両方に複数設けられていてもよい。例えば、記録媒体挿入部にカード型記録媒体を挿入することにより、カード型記録媒体のデータを電子機器に読み出し、又は電子機器内のデータをカード型記録媒体に書き込むことができる。

スピーカ１０２７は、筐体１０２１ｂに設けられる。スピーカ１０２７は、音声を出力する。なお、筐体１０２１ａにスピーカ１０２７を設けてもよい。

なお、筐体１０２１ａ又は筐体１０２１ｂにマイクを設けてもよい。筐体１０２１ａ又は筐体１０２１ｂにマイクが設けられることにより、例えば図１０（Ａ）に示す電子機器を電話機として機能させることができる。

図１０（Ａ）に示す電子機器は、例えば電話機、電子書籍、パーソナルコンピュータ、及び遊技機の一つ又は複数としての機能を有する。

ここで、パネル１０２２ａ及び／又はパネル１０２２ｂに、本発明の一態様の製造装置で作製される表示装置を適用することができる。

図１０（Ｂ）に示す電子機器は、据え置き型情報端末の一例である。図１０（Ｂ）に示す電子機器は、筐体１０３１と、筐体１０３１に設けられたパネル１０３２と、ボタン１０３３と、スピーカ１０３４と、を具備する。

なお、筐体１０３１の甲板部１０３５にパネル１０３２と同様のパネルを設けてもよい。

さらに、筐体１０３１に券などを出力する券出力部、硬貨投入部、及び紙幣挿入部などを設けてもよい。

ボタン１０３３は、筐体１０３１に設けられる。例えば、ボタン１０３３が電源ボタンであれば、ボタン１０３３を押すことで電子機器に対する電源電圧の供給を制御できる。

スピーカ１０３４は、筐体１０３１に設けられる。スピーカ１０３４は、音声を出力する。

図１０（Ｂ）に示す電子機器は、例えば現金自動預け払い機、チケットなどの注文をするための情報通信端末（マルチメディアステーションともいう）、又は遊技機としての機能を有する。

ここで、パネル１０３２に、本発明の一態様の製造装置で作製される表示装置を適用することができる。

図１０（Ｃ）は、据え置き型情報端末の一例である。図１０（Ｃ）に示す電子機器は、筐体１０４１と、筐体１０４１に設けられたパネル１０４２と、筐体１０４１を支持する支持台１０４３と、ボタン１０４４と、接続端子１０４５と、スピーカ１０４６と、を備える。

なお、筐体１０４１に外部機器に接続させるための接続端子を設けてもよい。

ボタン１０４４は、筐体１０４１に設けられる。例えば、ボタン１０４４が電源ボタンであれば、ボタン１０４４を押すことで電子機器に対する電源電圧の供給を制御できる。

接続端子１０４５は、筐体１０４１に設けられる。接続端子１０４５は、図１０（Ｃ）に示す電子機器と他の機器を接続するための端子である。例えば、接続端子１０４５により図１０（Ｃ）に示す電子機器とパーソナルコンピュータを接続すると、パーソナルコンピュータから入力されるデータ信号に応じた画像をパネル１０４２に表示させることができる。例えば、図１０（Ｃ）に示す電子機器のパネル１０４２が接続する他の電子機器のパネルより大きければ、当該他の電子機器の表示画像を拡大することができ、複数の人が同時に視認しやすくなる。

スピーカ１０４６は、筐体１０４１に設けられる。スピーカ１０４６は、音声を出力する。

図１０（Ｃ）に示す電子機器は、例えば出力モニタ、パーソナルコンピュータ、及びテレビジョン装置の一つ又は複数としての機能を有する。

ここで、パネル１０４２に、本発明の一態様の製造装置で作製される表示装置を適用することができる。

図１０（Ｄ）及び図１０（Ｅ）に示す電子機器は、携帯型情報端末の一例である。

図１０（Ｄ）に示す携帯情報端末１０１０は、筐体１０１１に組み込まれたパネル１０１２Ａの他、操作ボタン１０１３、スピーカ１０１４、その他図示しないマイク、ステレオヘッドフォンジャック、メモリカード挿入口、カメラ、ＵＳＢコネクタなどの外部接続ポート等を備えている。

ここで、パネル１０１２Ａに本発明の一態様の製造装置で作製される表示装置を適用することができる。

図１０（Ｅ）に示す携帯情報端末１０２０は、筐体１０１１の側面に添うように湾曲したパネル１０１２Ｂを具備する例である。タッチセンサ及び表示素子の支持基板として、曲面を有する基板を適用することで、曲面を有するパネルを具備する携帯型情報端末とすることができる。

図１０（Ｅ）に示す携帯情報端末１０２０は、筐体１０１１に組み込まれたパネル１０１２Ｂの他、操作ボタン１０１３、スピーカ１０１４、マイク１０１５、その他図示しないステレオヘッドフォンジャック、メモリカード挿入口、カメラ、ＵＳＢコネクタなどの外部接続ポート等を備えている。

図１０（Ｄ）及び図１０（Ｅ）に示す携帯型情報端末は、例えば電話機、電子書籍、パーソナルコンピュータ、及び遊技機の一つ又は複数としての機能を有する。

図１０（Ｆ）に示す電子機器は、折り畳み式の情報端末の一例である。

図１０（Ｆ）に示す電子機器１０５０は、筐体１０５１と筐体１０５２と筐体１０５１に設けられたパネル１０５４と、筐体１０５２に設けられたパネル１０５５と、スピーカ１０５６と、起動ボタン１０５７と、接続端子１０２５と、を備える。

図１０（Ｆ）に示す電子機器１０５０は、筐体１０５１と筐体１０５２が軸部１０５３によって接続され、筐体１０５１と筐体１０５２を折りたたむことができる。

パネル１０５４及びパネル１０５５のうち、少なくとも一方に本発明の一態様の製造装置で作製される表示装置を適用することができる。

図１０を参照して説明したように、本実施の形態に係る電子機器は、パネルに本発明の一態様に係る表示装置が適用されている。当該表示装置は、高い信頼性を有するため、電子機器を高信頼性化することが可能となる。

以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。

本実施例では、実施の形態１で示した本発明の一態様に係る製造装置を用いて、セル工程を行った液晶表示装置（液晶パネル）を比較例とともに示し、セル工程における乾燥処理と雰囲気制御の効果について説明する。

本実施例においては、液晶パネルが有する走査線駆動回路の動作マージンの時間変化を測定した。動作マージンの時間変化について調べた液晶パネルＨ及びＩは、配向膜を形成するまで、全て同じ工程で作製された液晶パネルである。そして、液晶パネルＨ及びＩは、走査線駆動回路が画素と同じ基板に形成されており、走査線駆動回路が有するトランジスタ上には、アクリル樹脂を含む厚さ３μｍの有機樹脂膜が形成されている。また、該トランジスタのチャネル形成領域は、酸化物半導体層で形成されている。

液晶パネルＨは、本発明の一態様の製造装置を用いて作製された液晶パネルである。液晶パネルＨの作製に用いた本発明の一態様の製造装置を図１３に示す。図１３において、矢印は基板の移動経路を示し、丸で囲まれた数字は工程順を示す。

液晶パネルＨは、酸化物半導体を含むトランジスタ上に有機樹脂膜及び配向膜を形成した第１の基板を準備し、配向膜の焼成及びラビング処理を終えた第１の基板を第１の加熱処理室に搬入し、１０^−５Ｐａの減圧雰囲気下で１６０℃、１時間の加熱処理を行った。加熱処第１の基板に加熱処理を施した後、貼り合わせ室へと搬送して第２のステージに配置した。

また、配向膜を形成し、配向膜の焼成及びラビング処理を終えた第２の基板を第２の加熱処理室に搬入し、１０^−５Ｐａの減圧雰囲気下で１６０℃、１時間の加熱処理を行った。その後、第２の基板を塗布室へと搬送し、シール材を枠状に塗布し、枠内に液晶を滴下した。

液晶を滴下後、第２の基板を貼り合わせ室に搬送して第１のステージに載置して、第１の基板との貼り合わせを行った。貼り合わせは１００Ｐａの減圧雰囲気下にて行った。その後、硬化室にてＵＶランプを照射してシール材を硬化させることで、液晶層が基板間に封止された液晶パネルＨを作製した。

また、液晶パネルＩは、第１の基板及び第２の基板に配向膜を形成後、大気雰囲気下で１５０℃、６時間の加熱処理を行った。その後、大気雰囲気下でシール材を基板上に描画し、液晶材料をシール材に囲まれた領域に滴下し、次いで、減圧雰囲気下で基板どうしを貼り合わせることで、液晶層が基板間に封止された液晶パネルＩを作製した。

上記液晶パネルＨ及びＩがそれぞれ有する走査線駆動回路の動作マージン幅（Ｖ）は、走査線駆動回路のシフトレジスタが有する９５９段の順序回路に、スタートパルス信号及びクロック信号を入力し、それにより最終段の順序回路から出力された信号の波形を、オシロスコープで観察することで調べた。

スタートパルス信号は、６０Ｈｚの周波数にて、６８．３μｓｅｃ幅のパルスが連続して出現する信号を用いた。また、クロック信号とスタートパルス信号は、その低電圧ＧＶＳＳを−１４Ｖとした。そして、クロック信号とスタートパルス信号の高電圧ＧＶＤＤを＋１４Ｖから徐々に低くしていったときに、最終段の順序回路から出力される信号の波形に乱れが生じた高電圧ＧＶＤＤの値を動作不良電圧とし、最も高い高電圧ＧＶＤＤである＋１４Ｖと、動作不良電圧との差を、動作マージン幅と定義した。

液晶パネルＨが有する走査線駆動回路の、動作時間（ｈｏｕｒ）に対する動作マージン幅（Ｖ）の変化を、図１１に示す。また、液晶パネルＩが有する走査線駆動回路の、動作時間（ｈｏｕｒ）に対する動作マージン幅（Ｖ）の変化を、図１２に示す。

図１１と図１２から、動作開始時には液晶パネルＨ及びＩは動作マージン幅が約２２Ｖで同じであったが、２２０時間後では液晶パネルＨの動作マージン幅が約１７Ｖ、液晶パネルＩの動作マージン幅が約７Ｖとなったことが分かった。よって、液晶パネルＩの方が液晶パネルＨよりも動作マージン幅が短時間で小さくなっており、このことから、液晶パネルＨの方が、走査線駆動回路が有するトランジスタの閾値電圧のシフト量が小さい事が推察された。

よって、本発明の一態様に係る製造装置を用いて作製された液晶表示装置は、信頼性の高い液晶表示装置であることが示された。

５０Ａ 加熱処理室
５０Ｂ 加熱処理室
５２ 搬送室
５４ 塗布室
５８ 硬化室
１００ 基板
２００ 基板
２０２ シール材
２０４ 液晶
３００ 液晶表示装置
３０２ トランジスタ
３０４ 有機樹脂膜
３０６ 表示素子
４００ 製造装置
４０２ 製造装置
４０５ シャッター
４１１ カセット
４１２ ヒータ
４１４ 排気ポート
４１５ ガス導入口
４１６ 逆止弁
４１７ エレベータ
４１８ 搬送アーム
４２０ ディスペンサ
４２１ ステージ
４２２ ステージ
４２３ ステージ
４２４ ＵＶランプ
４２５ 隔壁
１０１０ 携帯情報端末
１０１１ 筐体
１０１２Ａ パネル
１０１２Ｂ パネル
１０１３ 操作ボタン
１０１４ スピーカ
１０１５ マイク
１０２０ 携帯情報端末
１０２１ａ 筐体
１０２１ｂ 筐体
１０２２ａ パネル
１０２２ｂ パネル
１０２３ 軸部
１０２４ ボタン
１０２５ 接続端子
１０２６ 記録媒体挿入部
１０２７ スピーカ
１０３１ 筐体
１０３２ パネル
１０３３ ボタン
１０３４ スピーカ
１０３５ 甲板部
１０４１ 筐体
１０４２ パネル
１０４３ 支持台
１０４４ ボタン
１０４５ 接続端子
１０４６ スピーカ
１０５０ 電子機器
１０５１ 筐体
１０５２ 筐体
１０５３ 軸部
１０５４ パネル
１０５５ パネル
１０５６ スピーカ
１０５７ 起動ボタン
４００１ 基板
４００２ 画素部
４００３ 信号線駆動回路
４００４ 走査線駆動回路
４００５ シール材
４００６ 基板
４００８ 液晶層
４０１０ トランジスタ
４０１１ トランジスタ
４０１３ 液晶素子
４０１５ 接続端子電極
４０１６ 端子電極
４０１８ ＦＰＣ
４０１９ 異方性導電層
４０２０ａ ゲート絶縁層
４０２０ｂ ゲート絶縁層
４０３１ 電極層
４０３２ａ 絶縁層
４０３２ｂ 絶縁層
４０３３ 絶縁層
４０３４ 電極層
４０３５ スペーサ
４０３８ 絶縁層
４０４０ 平坦化絶縁層
４０４２ 絶縁層
４０５０ 配線
４０５２ 配線
４０６０ タッチセンサ
４０６１ 基板
４０６２ 液晶
４０６３ 基板
４０６４ 偏光板
４０６５ 偏光板
４０６７ 表示パネル

Claims (7)

1. 酸化物半導体層を含むトランジスタと、前記トランジスタ上に設けられた有機樹脂膜とを有する第１の基板に対して、減圧雰囲気下で加熱処理を行い、
   前記第１の基板、又は、前記第１の基板と対向させる第２の基板のいずれか一方にシール材を塗布しと、
   前記第１の基板の前記トランジスタ及び前記有機樹脂膜が設けられた面と前記第２の基板とを対向させて貼り合わせ、
   前記シール材を硬化させる工程を有し、
   前記加熱処理から前記シール材の硬化までの工程は、大気開放せずに露点−６０℃以下の雰囲気にて連続的に行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. 酸化物半導体層を含むトランジスタと、前記トランジスタ上に設けられた有機樹脂膜とを有する第１の基板に対して、減圧雰囲気下で加熱処理を行い、
   前記第１の基板、又は、前記第１の基板と対向させる第２の基板のいずれか一方に枠状にシール材を塗布し、前記枠内に液晶を滴下し、
   前記第１の基板の前記トランジスタ及び前記有機樹脂膜が設けられた面と前記第２の基板とを対向させて貼り合わせ、
   前記シール材を硬化させる工程を有し、
   前記加熱処理から前記シール材の硬化までの工程は、大気開放せずに露点−６０℃以下の雰囲気にて連続的に行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. 酸化物半導体層を含むトランジスタと、前記トランジスタ上に設けられた有機樹脂膜と、発光性の有機化合物を含む発光素子と、を有する第１の基板に対して、減圧雰囲気下で加熱処理を行い、
   前記第１の基板、又は、前記第１の基板と対向させる第２の基板のいずれか一方にシール材を塗布し、
   前記第１の基板の前記トランジスタ及び前記有機樹脂膜が設けられた面と前記第２の基板とを対向させて貼り合わせ、
   前記シール材を硬化させる工程を有し
   前記加熱処理から前記シール材の硬化までの工程は、大気開放せずに露点−６０℃以下の雰囲気にて連続的に行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一において、
   前記第１の基板と前記第２の基板を貼り合わせる前に、前記第２の基板に対して減圧雰囲気下で加熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一において、
   前記加熱処理から前記シール材の硬化までの工程は、不活性ガス雰囲気下にて行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか一において、
   前記第１の基板と前記第２の基板の貼り合わせは、減圧雰囲気下で行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
7. 減圧雰囲気下で基板を加熱する加熱処理室と、
   シール材を塗布する第１のディスペンサ、及び液晶を滴下する第２のディスペンサを有する塗布室と、
   前記塗布室にて塗布された前記シール材を挟んで、少なくとも一方が前記加熱処理室で加熱された一対の基板を貼り合わせる、貼り合わせ室と、
   前記シール材を硬化させる硬化室と、
   前記加熱処理室、前記塗布室、前記貼り合わせ室及び前記硬化室との間で大気開放せずに基板を搬送する搬送室と、を有し、
   前記加熱処理室、前記塗布室、前記貼り合わせ室、前記硬化室及び前記搬送室は、露点−６０℃以下の雰囲気に制御されることを特徴とする半導体装置の製造装置。

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